车辙产生原因分析及预估模型的建立--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

车辙产生原因分析及预估模型的建立

发表时间：2021/5/17 来源：《基层建设》2021年第2期作者：庞战胜

[导读] 摘要：本文主要介绍车辙预估模型的国内外现状，车辙产生的原因及机理，并建立车辙预估模型，进一步预估路面使用性能，为路面改建和养护提供建议。

        重庆交通大学重庆 400000
        摘要：本文主要介绍车辙预估模型的国内外现状，车辙产生的原因及机理，并建立车辙预估模型，进一步预估路面使用性能，为路面改建和养护提供建议。
        关键词：车辙原因及机理：车辙预估模型
        1概述
        由于我国经济高速发展，我国的道路建设也紧追其后。由于沥青路面的种种优点，如平整度好，汽车行驶噪音小等。我国高速公路和一些等级比较高的路面基本采用沥青路面。随着汽车交通量和汽车荷载的急剧增加，沥青路特别是在高温炎热天气，容易产生变形会累加产生车辙。其中严重的车辙不仅影响车辆行驶速度，还对路面的舒适度造成影响。同时路面车辙不仅是路面养护的一个重要指标，而且对于周期性评价的也是非常重要的。通过分析车辙的影响因素，研究车辙的形成机理，进一步确定车辙预估模型，为沥青路面的养护、改建和维修提供先导性的意见。
        2车辙病害成因分析
        车辙实际就是在路表面沿轨迹的一条纵向凹陷带。一般轻度车辙是指车辙深度在10-15mm这个区间之内，重度车辙一般是指车辙深度超出轻度车辙的区间，当车辙深度大于20mm时，则可认定为路面结构破损。车辙病害具有时间和空间上的集中性，所谓时间和空间上的集中性是指在某个特定的时间时，在这个特定的时间相对应的特定的空间上发生，特定的时间是指夏季极端高温，特定的空间是指在长大纵坡路段、陡坡急弯路段上，同时具备这两项特性，沥青混凝土路面就容易发生车辙。
        2.1车辙类型
        从沥青的车辙的形成原因来看，沥青路面的车辙类型可分为三类：其中失稳型车辙在沥青路面上占比非常大、结构型车辙占比稍次、磨耗型车辙占比最小。车辙产生的最根本原因就是沥青混合料的骨架结构产生了破坏，使沥青混合料在高温荷载作用下产生剪切塑性变形。
        2.2车辙成因分析
        造成沥青路面车辙的原因其中既包含一部分不可变的外因，也包含一部分可控的内因。其中外因主要是指交通荷载、环境影响、施工质量的控制。内因主要指混合料的集配、结构层的厚度、沥青的性质、结构层间粘结等。
        2.2.1交通荷载的影响
        在高温天气情况下，沥青混合料在行车压力的作用下表现为黏弹性体，由于行车压力的加载，沥青混合料内部会产生蠕变，它所产生的变形有一小部分是不能恢复的。沥青路面车辙深度与汽车的行驶速度成反比，与荷载作用时间成正比。行驶速度大，相应的行车压力在路面停留时间短，伴随着路面车辙深度也小，相反行驶速度小，行车压力在路面的停留时间长，路面车辙深度大，对路面造成的危害大，上坡比下坡更容易产生车辙。
        2.2.2集配（包含空隙率）的影响
        沥青混合料集配一般分为连续集配与间断集配，又根据集料间的相互排列状况分为悬浮结构和骨架结构。沥青混合料是由沥青、沥青胶质、矿质集料、还有空隙组成的多相体系，其强度组成原理都是由粘聚力和内摩阻角共同组成。其中骨架密实结构的沥青混合料高温稳定性强于悬浮密实结构。同时在进行集配设计时，应该注意空隙率不要超出规定值，也不要低于规定值。
        2.2.3温度的影响
        温度对于沥青路面车辙的“贡献率”很大，通过几个不同指标的车辙实验，可以分析温度对车辙的影响。通过车辙实验，也可以测定当温度变化时，沥青混合料抵抗流动变形的能力。当试验温度大于某一个临界值时，沥青混合料的动稳定度下降。那么相应的动稳定度也是下降的越快，这也会造成沥青混合料的变形增大，这种情况反应到路面上就表现为车辙变形增大。
        2.2.4结构层厚度的影响
        在沥青层的厚度在一定的区间内，车辙深度与沥青层厚度存在一定的关系。当厚度这一变量超出这个区间时，车辙深度与沥青层厚度关系发生改变，正比例关系消失，车辙深度相比之从前变化不是特别明显。由此可定义出结构层厚度相对于车辙深度变化的一个临界值。
        3车辙预估模型的建立
        当采用路面使用性能模型时，应该根据具体的情况，及相关了解选择合适的模型。其中对于车辙的预估适合选用确定型的结构模型，因为这一模型适用于预估路面的单项损坏（车辙）。先建立车辙预估方程，最后再对这个车辙预估方程进行验证，通过比较实测值与预估值来验证预估方程是否有效，若有效，两者之间会存在偏差，最后再根据经验法制定修正值。
        3.1车辙影响因素分析
        通过上文的描述可知，影响沥青路面车辙的因素很繁多，其中有几个与车辙深度存在关系的因素：如交通量（N）、交通荷载（L）、温度（T）、结构层厚度（H）。
        3.2车辙预估方程的初次建立
        采用经验法建立车辙预估方程，其中车辙深度（RD）受交通量（N），温度（T），结构层厚度（H），还有一个力学参数

的影响，交通荷载采用标准轴载表示。可得到车辙预估方程：

   （1）
        虽然找到车辙深度与各变量之间的关系，但是也要通过实验来检验车辙深度与各个变量之间的相关性，用来进一步确定预估方程的准确性。
        3.3车辙深度与各变量之间的相关性
        （1）交通量与车辙深度的相关性：通过对相应的沥青混合料进行车辙实验，车辙深度与荷载作用次数存在关系，这种关系是一种乘幂关系。（2）温度变量与车辙深度的相关性：通过几个不同温度下的车辙实验，综合分析实验数据，可以得到温度与车辙深度有几个不同的回归模型，选取相关性最强的一组模型，那就是指数增长模型。（3）厚度变量与车辙深度的相关性：通过车辙实验可得到，车辙深度的发展与试件厚度的大小之间不存在明显的规律，还可以发现厚度变量与车辙深度之间的相关性很差。
        3.4车辙预估方程的最终确立与验证
        通过相关实验，验证车辙深度与相应变量之间的相关性，并且确定相应的关系式，最后得到一个具体的车辙预估方程。
        为了检验我们所假设的车辙预估模型的可靠度，需要将实测的与预估的车辙深度数值进行比较，查看两者的结果是否有一致的发展趋势，最后通过比较发现，二者有相同的发展趋势，结果差不多相近，则可以采用我们假设的车辙预估模型，否则另选。
        4结语
        我国公路的发展已经过了大发展时期，但是由于路面存在周期性破坏这一特性，所以对道路的研究也是无止境的。对于已修道路的养护与维修改建方面在不断地增加。道路养护与维修这一项目何时何地进行，以及一些先导性的养护如何判断，这就要求我们对路面使用性能进行有效的评估，这种方式能有效的防止路面受到大破坏，因为在受到大破坏之前，我们就采取措施来挽救它。建立这种方式可以让我们在路面损坏较轻或者出现损坏迹象时知晓，从而采取不同的方法来进行前期维修。这样既能保证路面安全，又能节约资金。
        参考文献：
        [1]P.J.Van de Loo.“A Practical Approach to Prediction of Rutting in Asphalt Pavement-the shell Method”[C].TRB，1976
        [2]韩昭.新疆地区高等级公路沥青路面车辙成因分析研究[D].西安：长安大学，2010
        [3]Ramsamooj D V，Ramadan，P E J，Lin G S.Model Prediction of Rutting in Asphalt Concrete[J].Journal of Transportation Engineering，1998，124（5）：448-455
        [4]李静.沥青混合料路用性能预测模型的研究.西安：长安大学博士论文，2004